一种嵌入式PID恒温控制的教学实验设计

发布时间：2021-02-02 20:17

　　设计了基于ARM的闭环PID恒温控制系统。系统以S5PV210微处理器为核心构建嵌入式硬件平台,并在软件平台上实现温度采集、数据处理、PID恒温控制、数据显示与传输等功能。实验涉及多种通信协议（SPI、串口、TCP/IP等）、脉宽调制PID控制算法、基于Linux API的网络编程等。该实验属于嵌入式系统设计开发,旨在让学生对嵌入式系统课程有深刻的认识,熟悉嵌入式项目的开发及调试过程,理解闭环PID控制的原理及实现方法。该实验包含嵌入式设计的硬件驱动、软件开发、通信协议等多方面内容,综合性强,可作为研究生电子设计竞赛的实训实验。 

【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(10)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

PID控制系统原理框图

在S5PV210芯片上移植完操作系统后，用户编写的应用程序就可以通过调用Linux系统提供的API对硬件设备进行操作，实现程序对硬件设备的控制。如编写SPI通信程序[11]，则可实现对AD7794芯片寄存器读写，获取温度信息。整个系统软件框架如图4所示。整个恒温控制实验分为两步，第一步，利用AD7794采集温度传感器PT1000的温度信息，通过串口通信在PC端实时显示；第二步，设定目标温度，观察输出的温度变化情况，调节PID控制参数，使加热片可以快速升温至设定温度且保持稳定。

实验中，嵌入式端利用Linux平台提供的Socket网络通信API，实现与PC端的网络通信[13]。PC端作为客户端，嵌入式端作为服务器。客户端首先需要与服务器建立主连接，并发送用户登录信息（包括用户名和密码）；服务器接收到数据后校验用户登录信息，如果一致则表示登录成功，服务器就可以将实时温度数据和PWM占空比等信息以数据包的形式发送给客户端；同时，客户端可通过向服务器发送命令控制和配置服务器，实现网络通信。网络通信框架及流程图如图6所示。4 实验设计与分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM9平台上的嵌入式Linux系统移植[J]. 刘迪,周强.  物联网技术. 2018(11)
[2]基于BP神经网络自整定PID恒温控制系统研究[J]. 刘冰艳,朱武,张佳民.  仪表技术与传感器. 2018(08)
[3]基于增量式PID控制的直流电机仿真实验创新设计[J]. 全瑞坤,杨浩.  实验室研究与探索. 2018(06)
[4]基于ARM平台的实验室视频监控系统设计[J]. 王欢,张玉清,陈双刚,魏子超.  计算机工程与设计. 2018(05)
[5]一种典型闭环PID控制教学实验设计[J]. 刘恒,吴朝阳,刘建成,孙冬娇.  实验技术与管理. 2017(09)
[6]直流电机组开/闭环控制实验系统设计[J]. 吕淑平,许红,胡健军.  实验技术与管理. 2017(01)
[7]四旋翼飞行器不完全微分PID控制算法研究[J]. 田红鹏,范振可.  计算机仿真. 2016(12)
[8]基于Linux平台的通信软件的设计与实现[J]. 雷文礼,任新成,高瑛.  现代电子技术. 2015(17)
[9]基于数字PID的开关电源并联系统实验研究[J]. 芦守平,国强,刁鸣.  实验技术与管理. 2015(07)
[10]嵌入式系统实验教学中的挑战问题[J]. 汪湛清,彭熙伟,郭玉洁,郑戍华.  实验室研究与探索. 2013(11)



本文编号：3015310